LINUXinit.docx
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LINUXinit
1/*
2*linux/init/main.c
3*
4*（C）1991LinusTorvalds
5*/
6
7#define__LIBRARY__//定义该变量是为了包括定义在unistd.h中的内嵌汇编代码等信息。
8#include//*.h头文件所在的默认目录是include/，则在代码中就不用明确指明位置。
//如果不是UNIX的标准头文件，则需要指明所在的目录，并用双引号括住。
//标准符号常数与类型文件。
定义了各种符号常数和类型，并申明了各种函数。
//如果定义了__LIBRARY__，则还包括系统调用号和内嵌汇编代码_syscall0（）
等。
9#include//时间类型头文件。
其中最主要定义了tm结构和一些有关时间的函数原形。
10
11/*
12*weneedthisinline-forkingfromkernelspacewillresult
13*inNOCOPYONWRITE（!
!
!
）,untilanexecveisexecuted.This
14*isnoproblem,butforthestack.Thisishandledbynotletting
15*main（）usethestackatallafterfork（）.Thus,nofunction
16*calls-whichmeansinlinecodeforforktoo,asotherwisewe
17*wouldusethestackuponexitfrom'fork（）'.
18*
19*Actuallyonlypauseandforkareneededinline,sothatthere
20*won'tbeanymessingwiththestackfrommain（）,butwedefine
21*someotherstoo.
22*/
/*
*我们需要下面这些内嵌语句-从内核空间创建进程（forking）将导致没有写时复制（COPYON
WRITE）!
!
!
*直到一个执行execve调用。
这对堆栈可能带来问题。
处理的方法是在fork（）调用之后不让main（）使
用
*任何堆栈。
因此就不能有函数调用-这意味着fork也要使用内嵌的代码，否则我们在从fork（）退出
*时就要使用堆栈了。
*实际上只有pause和fork需要使用内嵌方式，以保证从main（）中不会弄乱堆栈，但是我们同时还
*定义了其它一些函数。
*/
23staticinline_syscall0（int,fork）//是unistd.h中的内嵌宏代码。
以嵌入汇编的形式调用
//Linux的系统调用中断0x80。
该中断是所有系统调用的
//入口。
该条语句实际上是intfork（）创建进程系统调用。
//syscall0名称中最后的0表示无参数，1表示1个参数。
24staticinline_syscall0（int,pause）//intpause（）系统调用：
暂停进程的执行，直到
//收到一个信号。
25staticinline_syscall1（int,setup,void*,BIOS）//intsetup（void*BIOS）系统调用，仅用于
//linux初始化（仅在这个程序中被调用）。
26staticinline_syscall0（int,sync）//intsync（）系统调用：
更新文件系统。
27
28#include//tty头文件，定义了有关tty_io，串行通信方面的参数、常数。
29#include//调度程序头文件，定义了任务结构task_struct、第1个初始任务
//的数据。
还有一些以宏的形式定义的有关描述符参数设置和获取的
//嵌入式汇编函数程序。
30#include//head头文件，定义了段描述符的简单结构，和几个选择符常量。
31#include//系统头文件。
以宏的形式定义了许多有关设置或修改
//描述符/中断门等的嵌入式汇编子程序。
32#include//io头文件。
以宏的嵌入汇编程序形式定义对io端口操作的函数。
33
34#include//标准定义头文件。
定义了NULL,offsetof（TYPE,MEMBER）。
35#include//标准参数头文件。
以宏的形式定义变量参数列表。
主要说明了-个
//类型（va_list）和三个宏（va_start,va_arg和va_end），vsprintf、
//vprintf、vfprintf。
36#include
37#include//文件控制头文件。
用于文件及其描述符的操作控制常数符号的定义。
38#include//类型头文件。
定义了基本的系统数据类型。
39
40#include//文件系统头文件。
定义文件表结构（file,buffer_head,m_inode等）。
41
42staticcharprintbuf[1024];//静态字符串数组。
43
44externintvsprintf（）;//送格式化输出到一字符串中（在kernel/vsprintf.c，92行）。
45externvoidinit（void）;//函数原形，初始化（在168行）。
46externvoidblk_dev_init（void）;//块设备初始化子程序（kernel/blk_drv/ll_rw_blk.c,157行）
47externvoidchr_dev_init（void）;//字符设备初始化（kernel/chr_drv/tty_io.c,347行）
48externvoidhd_init（void）;//硬盘初始化程序（kernel/blk_drv/hd.c,343行）
49externvoidfloppy_init（void）;//软驱初始化程序（kernel/blk_drv/floppy.c,457行）
50externvoidmem_init（longstart,longend）;//内存管理初始化（mm/memory.c,399行）
51externlongrd_init（longmem_start,intlength）;//虚拟盘初始化（kernel/blk_drv/ramdisk.c,52）
52externlongkernel_mktime（structtm*tm）;//建立内核时间（秒）。
53externlongstartup_time;//内核启动时间（开机时间）（秒）。
54
55/*
56*Thisissetupbythesetup-routineatboot-time
57*/
/*
*以下这些数据是由setup.s程序在引导时间设置的（参见第2章2.3.1节中的表2.1）。
*/
58#defineEXT_MEM_K（*（unsignedshort*）0x90002）//1M以后的扩展内存大小（KB）。
59#defineDRIVE_INFO（*（structdrive_info*）0x90080）//硬盘参数表基址。
60#defineORIG_ROOT_DEV（*（unsignedshort*）0x901FC）//根文件系统所在设备号。
61
62/*
63*Yeah,yeah,it'sugly,butIcannotfindhowtodothiscorrectly
64*andthisseemstowork.Ianybodyhasmoreinfoonthereal-time
65*clockI'dbeinterested.Mostofthiswastrialanderror,andsome
66*bios-listingreading.Urghh.
67*/
/*
*是啊，是啊，下面这段程序很差劲，但我不知道如何正确地实现，而且好象它还能运行。
如果有
*关于实时时钟更多的资料，那我很感兴趣。
这些都是试探出来的，以及看了一些bios程序，呵！
*/
68
69#defineCMOS_READ（addr）（{\//这段宏读取CMOS实时时钟信息。
70outb_p（0x80|addr,0x70）;\//0x70是写端口号，0x80|addr是要读取的CMOS内存地址。
71inb_p（0x71）;\//0x71是读端口号。
72}）
73
74#defineBCD_TO_BIN（val）（（val）=（（val）&15）+（（val）>>4）*10）//将BCD码转换成数字。
75
76staticvoidtime_init（void）//该子程序取CMOS时钟，并设置开机时间startup_time（秒）。
77{
78structtmtime;
79
80do{
81time.tm_sec=CMOS_READ（0）;//参见后面CMOS内存列表。
82time.tm_min=CMOS_READ
（2）;
83time.tm_hour=CMOS_READ（4）;
84time.tm_mday=CMOS_READ（7）;
85time.tm_mon=CMOS_READ（8）;
86time.tm_year=CMOS_READ（9）;
87}while（time.tm_sec!
=CMOS_READ（0））;
88BCD_TO_BIN（time.tm_sec）;
89BCD_TO_BIN（time.tm_min）;
90BCD_TO_BIN（time.tm_hour）;
91BCD_TO_BIN（time.tm_mday）;
92BCD_TO_BIN（time.tm_mon）;
93BCD_TO_BIN（time.tm_year）;
94time.tm_mon--;
95startup_time=kernel_mktime（&time）;
96}
97
98staticlongmemory_end=0;//机器具有的内存（字节数）。
99staticlongbuffer_memory_end=0;//高速缓冲区末端地址。
100staticlongmain_memory_start=0;//主内存（将用于分页）开始的位置。
101
102structdrive_info{chardummy[32];}drive_info;//用于存放硬盘参数表信息。
103
104voidmain（void）/*ThisreallyISvoid,noerrorhere.*/
105{/*Thestartuproutineassumes（well,...）this*/
/*这里确实是void，并没错。
在startup程序（head.s）中就是这样假设的。
//参见head.s程序第136行开始的几行代码。
106/*
107*Interruptsarestilldisabled.Donecessarysetups,then
108*enablethem
109*/
/*
*此时中断仍被禁止着，做完必要的设置后就将其开启。
*/
//下面这段代码用于保存：
//根设备号ROOT_DEV；高速缓存末端地址buffer_memory_end；
//机器内存数memory_end；主内存开始地址main_memory_start；
110ROOT_DEV=ORIG_ROOT_DEV;
111drive_info=DRIVE_INFO;
112memory_end=（1<<20）+（EXT_MEM_K<<10）;//内存大小=1Mb字节+扩展内存（k）*1024字节。
113memory_end&=0xfffff000;//忽略不到4Kb（1页）的内存数。
114if（memory_end>16*1024*1024）//如果内存超过16Mb，则按16Mb计。
115memory_end=16*1024*1024;
116if（memory_end>12*1024*1024）//如果内存>12Mb，则设置缓冲区末端=4Mb
117buffer_memory_end=4*1024*1024;
118elseif（memory_end>6*1024*1024）//否则如果内存>6Mb，则设置缓冲区末端=2Mb
119buffer_memory_end=2*1024*1024;
120else
121buffer_memory_end=1*1024*1024;//否则则设置缓冲区末端=1Mb
122main_memory_start=buffer_memory_end;//主内存起始位置=缓冲区末端；
123#ifdefRAMDISK//如果定义了虚拟盘，则主内存将减少。
124main_memory_start+=rd_init（main_memory_start,RAMDISK*1024）;
125#endif
//以下是内核进行所有方面的初始化工作。
阅读时最好跟着调用的程序深入进去看，实在看
//不下去了，就先放一放，看下一个初始化调用--这是经验之谈☺。
126mem_init（main_memory_start,memory_end）;
127trap_init（）;//陷阱门（硬件中断向量）初始化。
（kernel/traps.c，181行）
128blk_dev_init（）;//块设备初始化。
（kernel/blk_dev/ll_rw_blk.c，157行）
129chr_dev_init（）;//字符设备初始化。
（kernel/chr_dev/tty_io.c，347行）
130tty_init（）;//tty初始化。
（kernel/chr_dev/tty_io.c，105行）
131time_init（）;//设置开机启动时间startup_time（见76行）。
132sched_init（）;//调度程序初始化（加载了任务0的tr,ldtr）（kernel/sched.c，385）
133buffer_init（buffer_memory_end）;//内存管理初始化，建内存链表等。
（fs/buffer.c，348）
134hd_init（）;//硬盘初始化。
（kernel/blk_dev/hd.c，343行）
135floppy_init（）;//软驱初始化。
（kernel/blk_dev/floppy.c，457行）
136sti（）;//所有初始化工作都做完了，开启中断。
137move_to_user_mode（）;//移到用户模式。
（include/asm/system.h，第1行）
138if（!
fork（））{/*wecountonthisgoingok*/
139init（）;
140}
141/*
142*NOTE!
!
Foranyothertask'pause（）'wouldmeanwehavetogeta
143*signaltoawaken,buttask0isthesoleexception（see'schedule（）'）
144*astask0getsactivatedateveryidlemoment（whennoothertasks
145*canrun）.Fortask0'pause（）'justmeanswegocheckifsomeother
146*taskcanrun,andifnotwereturnhere.
147*/
/*注意!
!
对于任何其它的任务，'pause（）'将意味着我们必须等待收到一个信号才会返
*回就绪运行态，但任务0（task0）是唯一的意外情况（参见'schedule（）'），因为任务0在
*任何空闲时间里都会被激活（当没有其它任务在运行时），因此对于任务0'pause（）'仅意味着
*我们返回来查看是否有其它任务可以运行，如果没有的话我们就回到这里，一直循环执行'pause（）'。
*/
148for（;;）pause（）;
149}
150
151staticintprintf（constchar*fmt,...）
//产生格式化信息并输出到标准输出设备stdout
（1），这里是指屏幕上显示。
参数'*fmt'指定输出将
//采用的格式，参见各种标准C语言书籍。
该子程序正好是vsprintf如何使用的一个例子。
//该程序使用vsprintf（）将格式化的字符串放入printbuf缓冲区，然后用write（）将缓冲区的内容
//输出到标准设备（1--stdout）。
152{
153va_listargs;
154inti;
155
156va_start（args,fmt）;
157write（1,printbuf,i=vsprintf（printbuf,fmt,args））;
158va_end（args）;
159returni;
160}
161
162staticchar*argv_rc[]={"/bin/sh",NULL};//调用执行程序时参数的字符串数组。
163staticchar*envp_rc[]={"HOME=/",NULL};//调用执行程序时的环境字符串数组。
164
165staticchar*argv[]={"-/bin/sh",NULL};//同上。
166staticchar*envp[]={"HOME=/usr/root",NULL};
167
168voidinit（void）
169{
170intpid,i;
171
172setup（（void*）&drive_info）;//读取硬盘参数包括分区表信息并建立虚拟盘和
//安装根文件系统设备。
（kernel/blk_drv/hd.c,71）
173（void）open（"/dev/tty0",O_RDWR,0）;//用读写访问方式打开设备“/dev/tty0”，
//这里对应终端控制台。
//返回的句柄号0--stdin标准输入设备。
174（void）dup（0）;//复制句柄，产生句柄1号--stdout标准输出设备。
175（void）dup（0）;//复制句柄，产生句柄2号--stderr标准出错输出设备。
176printf（"%dbuffers=%dbytesbufferspace\n\r",NR_BUFFERS,
177NR_BUFFERS*BLOCK_SIZE）;//打印缓冲区块数和总字节数，每块1024字节。
178printf（"Freemem:
%dbytes\n\r",memory_end-main_memory_start）;//空闲内存字节数。
//下面fork（）用于创建一个子进程（子任务）。
对于被创建的子进程，fork（）将返回0值，
//对于原（父进程）将返回子进程的进程号。
所以180-184句是子进程执行的内容。
该子进程
//关闭了句柄0（stdin），以只读方式打开/etc/rc文件，并执行/bin/sh程序，所带参数和
//环境变量分别由argv_rc和envp_rc数组给出。
参见后面的描述。
179if（!
（pid=fork（）））{
180close（0）;
181if（open（"/etc/rc",O_RDONLY,0））
182_exit
（1）;//如果打开文件失败，则退出（/lib/_exit.c,10）。
183execve（"/bin/sh",argv_rc,envp_rc）;//装入/bin/sh程序并执行。
184_exit
（2）;
185}
//下面是父进程执行的语句。
wait（）是等待子进程停止或终止，其返回值应是子进程的进程号（pid）。
//这三句的作用是父进程等待子进程的结束。
&i是存放返回状态信息的位置。
如果wait（）返回值不
//等于子进程号，则继续等待。
186if（pid>0）
187while（pid!
=wait（&i））
188/*nothing*/;
//如果执行到这里，说明刚创建的子进程的执行已停止或终止了。
下面循环中首先再创建一个子进程，
//如果出错，则显示“初始化程序创建子进程失败”的信息并继续执行。
对于所创建的子进程关闭所
有
//以前还遗留的句柄（stdin,stdout,stderr），新创建一个会话并设置进程组号，然后重新打开
///dev/tty0作为stdin，并复制成stdout和stderr。
再次执行系统解释程序/bin/sh。
但这次执行所
//选用的参数和环境数组另选了一套（见上面165-167行）。
然后父进程再次运行wait（）等待。
如果
//子进程又停止了执行，则在标准输出上显示出错信息“子进程pid停止了运行，返回码是i”，然后
//继续重试下去…，形成“大”死循环。
189while
（1）{
190if（（pid=fork（））<0）{
191printf（"Forkfailedininit\r\n"）;
192continue;
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